KR100896552B1 - Plasma etching method - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 방법에 관한 것이다. 이 에칭처리는, 기판(101)과, 이 기판 상에 형성된 베이스막(102,103)과, 이 베이스막 상에 형성된 에칭 대상막(104)을 갖는 피처리체(W)에 대하여 행해진다. 처리 가스로서, 염소함유 가스 및 산소함유 가스로 이루어지는 주에칭 가스와, 질소함유 가스를 이용한다. 이 에칭방법은, 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행하는 것을 특징으로 한다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the method of performing the etching process using the plasma of process gas. This etching process is performed on the to-be-processed object W which has the board | substrate 101, the base film 102 and 103 formed on this board | substrate, and the etching target film 104 formed on this base film. As the processing gas, a main etching gas composed of a chlorine-containing gas and an oxygen-containing gas and a nitrogen-containing gas are used. This etching method is characterized in that the N 2 + N 2 of strength and which is obtained from the emission spectrum of the plasma strength ratio + N 2 / N 2 for performing etching under a condition that is at least 0.6.

Description

플라즈마 에칭방법{PLASMA ETCHING METHOD}Plasma Etching Method {PLASMA ETCHING METHOD}

본 발명은, 질소함유 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 에칭처리를 실시하는 방법, 및 상기 방법에 이용하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for etching an object to be processed, such as a semiconductor wafer, using a plasma of a processing gas containing a nitrogen-containing gas, and an apparatus used in the method.

반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막처리, 개질처리, 산화확산처리, 에칭처리 등의 각종 처리를 행한다. 그 중 에칭처리에 있어서는, 고정밀도화를 도모하기 위해, 소정 패턴의 레지스트를 마스크로 하여 플라즈마에 의해 에칭을 행하는 플라즈마 에칭처리가 다용되고 있다.In the manufacturing process of a semiconductor device, various processes, such as a film-forming process, a modification process, an oxidation-diffusion process, an etching process, are performed with respect to the semiconductor wafer which is a to-be-processed substrate. In the etching process, in order to achieve high precision, the plasma etching process which etches by plasma using the resist of a predetermined pattern as a mask is used abundantly.

최근, 텅스텐(W), 텅스텐실리사이드(WSi), 텅스텐나이트라이드(WN) 등의 텅스텐 함유막이 MOS형 반도체의 게이트 전극으로서 다용되고 있다. 이러한 게이트 전극을 형성하는 경우에는, 우선 실리콘 기판 상에 게이트 산화막, 폴리실리콘막, 텅스텐 함유막을 순차적으로 형성하고, 그 위에, 패턴화된 에칭 마스크를 형성한 구조를 갖는 반도체 웨이퍼를 준비한다. 그리고, 그 반도체 웨이퍼에 있어서, 텅스텐 함유막을 에칭함으로써 게이트 전극을 형성한다.In recent years, tungsten-containing films such as tungsten (W), tungsten silicide (WSi) and tungsten nitride (WN) have been widely used as gate electrodes of MOS semiconductors. In the case of forming such a gate electrode, first, a gate oxide film, a polysilicon film, and a tungsten-containing film are sequentially formed on a silicon substrate, and a semiconductor wafer having a structure in which a patterned etching mask is formed thereon is prepared. In the semiconductor wafer, a gate electrode is formed by etching the tungsten-containing film.

텅스텐 함유막의 에칭에는, 종래, Cl2, HCl, SiCl4 등의 염소계 가스나, CF4나 SF6라고 하는 불소계의 가스도 사용되고 있다. 또한, 베이스와의 선택성을 높이기 위해, 이들 가스에 O2를 첨가한 것도 사용되고 있다(예컨대, 일본 특허공개 제2004-39935호 공보, 일본 특허공개 제2000-235970호 공보).Conventionally, for etching a tungsten-containing film, a chlorine gas such as Cl 2 , HCl, SiCl 4 , or a fluorine gas such as CF 4 or SF 6 is also used. Further, in order to increase the selectivity of the base, it is used it is added to the O 2 gas thereof (e.g., JP-A No. 2004-39935, JP-A-2000-235970 gazette).

그런데, 텅스텐 함유막을 에칭하여 게이트 전극을 형성하는 때는, 에칭의 형상성 및 베이스와의 선택성이 중요하게 된다. 그리고, 최근의 반도체 디바이스에 대한 한층 미세화 및 고밀도화의 요구와 함께, 에칭 형상성이나 베이스에 대한 선택비를 한층 양호한 것으로 하는 것이 요구되고 있다.By the way, when forming a gate electrode by etching a tungsten containing film, the shape of etching and selectivity with a base become important. In addition, with the recent demand for further miniaturization and higher density for semiconductor devices, it is required to make the etching shape and the selectivity to the base more favorable.

그러나, 염소계 가스에서는 반응성이 낮아, 원하는 에칭 형상성(수직 형상성)을 얻고자 하면 반도체 웨이퍼를 고온으로 하지 않으면 안되는 단점이 있다. 또한, 불소계 가스를 이용한 경우에는, 형상성은 양호하지만, 베이스에 대한 에칭 선택비가 불충분하게 되어 버린다. 이와 같이 종래 기술에서는, 에칭의 형상성과 베이스에 대한 선택성을 양립시키는 것은 곤란하다.However, in the chlorine-based gas, the reactivity is low, and there is a disadvantage that the semiconductor wafer must be brought to a high temperature in order to obtain the desired etching shape (vertical shape). In addition, when fluorine-based gas is used, the shape is good, but the etching selectivity with respect to the base becomes insufficient. As described above, in the prior art, it is difficult to achieve both the shape of the etching and the selectivity for the base.

발명의 개시Disclosure of the Invention

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 에칭 대상막, 특히 실리콘 함유막 상에 형성된 텅스텐 함유막을, 고온으로 하는 일없이, 양호한 형상성 및 베이스에 대한 높은 선택비를 확보하면서 에칭할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to etch a film to be etched, particularly a tungsten-containing film formed on a silicon-containing film, while maintaining a good shape and a high selectivity to the base without increasing the temperature. The purpose.

이 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에서는, 기판과, 이 기판 상 에 형성된 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 방법으로서, 상기 처리 가스로서, 주에칭 가스와, 질소함유 가스를 이용하여, 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행하는 것을 특징으로 하는 에칭방법이 제공된다.In order to solve this problem, in the first aspect of the present invention, an object to be processed having a substrate, a base film formed on the substrate, and an etching target film formed on the base film is subjected to etching treatment using plasma of the processing gas. As a process gas, the ratio of the intensity of N 2 + to the intensity of N 2 obtained from the light emission spectrum of the plasma using a main etching gas and a nitrogen-containing gas as N 2 + / N 2 is 0.6. There is provided an etching method characterized by etching under conditions such as to be above.

또한, 마찬가지의 관점에서, 기판과, 이 기판 상에 형성된 실리콘 함유막으로 이루어지는 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 텅스텐 함유막으로 이루어지는 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 방법으로서, 상기 처리 가스로서, 염소함유 가스, 산소함유 가스, 및 질소함유 가스를 이용하여, 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행하는 것을 특징으로 하는 에칭방법이 제공된다.In addition, from the same point of view, a plasma of a processing gas is used for a target object having a substrate, a base film made of a silicon-containing film formed on the substrate, and an etching target film made of a tungsten-containing film formed on the base film. A method of performing an etching process, wherein the ratio of the intensity of N 2 + to the intensity of N 2 obtained from the emission spectrum of the plasma using a chlorine-containing gas, an oxygen-containing gas, and a nitrogen-containing gas as the process gas N 2 There is provided an etching method characterized by etching under conditions such that + / N 2 is 0.6 or more.

상기 염소함유 가스로서 Cl2, 산소함유 가스로서 O2, 질소함유 가스로서 N2를 이용할 수 있다.Cl 2 as the chlorine-containing gas, O 2 as the oxygen-containing gas and N 2 as the nitrogen-containing gas can be used.

또한, 상기 실리콘 함유막으로서 폴리실리콘막, 상기 텅스텐 함유막으로서 텅스텐막, 또는 텅스텐나이트라이드막과 텅스텐막의 적층체를 이용할 수 있다.Further, a polysilicon film as the silicon-containing film, a tungsten film as the tungsten-containing film, or a laminate of a tungsten nitride film and a tungsten film can be used.

상기 플라즈마로서 마이크로파를 이용하여 생성되는 것을 이용할 수 있다. 이 경우에, 플라즈마는 평면 안테나로부터 방사된 마이크로파를 이용하여 생성되는 것이 바람직하고, 바람직한 평면 안테나로서는, 래디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA)를 들 수 있다.As the plasma, one generated using microwaves can be used. In this case, the plasma is preferably generated using microwaves radiated from the planar antenna, and a radial line slot antenna (RLSA) is mentioned as a preferable planar antenna.

또한, 처리 용기내에 공급되는 상기 처리 가스를, 래디얼 라인 슬롯 안테나로부터 방사된 전력 2000W 이상의 마이크로파를 이용하여 플라즈마화하는 동시에, 상기 처리 용기내에 공급되는 상기 처리 가스에 있어서, 상기 Cl2 가스에 대한 상기 N2 가스의 유량의 비율이 200% 이상인 것이 바람직하다.Further, the processing gas supplied into the process container, while generating plasma by using the electric power 2000W or more microwave radiated from the radial line slot antenna, according to the process gas supplied into the processing container, wherein the for the Cl 2 gas that the flow rate of the N 2 gas is at least 200% are preferred.

본 발명의 제 2 관점에서는, 기판과, 이 기판 상에 형성된 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 장치로서,In a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for performing an etching process using plasma of a processing gas to a target object having a substrate, a base film formed on the substrate, and an etching target film formed on the base film.

상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,A processing container accommodating the object to be processed;

상기 처리 가스로서의 주에칭 가스 및 질소함유 가스를, 각각 유량 조정하면서 상기 처리 용기내에 공급하는 가스 공급 시스템과,A gas supply system for supplying the main etching gas and the nitrogen-containing gas as the processing gas into the processing container while adjusting the flow rate respectively;

상기 처리 용기내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 시스템과,A plasma generation system for generating plasma in said processing vessel;

상기 처리 용기내에 생성된 상기 처리 가스의 플라즈마의 발광스펙트럼을 검출하는 발광스펙트럼 검출 시스템과,A light emission spectrum detection system for detecting a light emission spectrum of plasma of the process gas generated in the process container;

상기 검출 시스템에서 검출된 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되는 플라즈마 생성 조건이 얻어지도록, 상기 가스 공급 시스템 및 상기 플라즈마 생성 시스템을 제어하는 제어기,The gas supply system and the gas so that a plasma generation condition is obtained such that a ratio N 2 + / N 2 of the intensity of N 2 + to the intensity of N 2 obtained from the emission spectrum of the plasma detected in the detection system is 0.6 or more; A controller for controlling the plasma generation system,

를 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭장치가 제공된다.There is provided an etching apparatus comprising: a.

마찬가지의 관점에서, 기판과, 이 기판 상에 형성된 실리콘 함유막으로 이루어지는 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 텅스텐 함유막으로 이루어지는 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 장치로서,From the same point of view, an etching process using plasma of a processing gas is performed on a target object having a substrate, a base film made of a silicon-containing film formed on the substrate, and an etching target film made of a tungsten-containing film formed on the base film. As a device for

상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,A processing container accommodating the object to be processed;

상기 처리 가스로서의 염소함유 가스, 산소함유 가스, 및 질소함유 가스를 각각 유량 조정하면서 상기 처리 용기내에 공급하는 가스 공급 시스템과,A gas supply system for supplying the chlorine-containing gas, the oxygen-containing gas, and the nitrogen-containing gas as the processing gas into the processing container while adjusting the flow rate respectively;

상기 처리 용기내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 시스템과,A plasma generation system for generating plasma in said processing vessel;

상기 처리 용기내에 생성된 상기 처리 가스의 플라즈마의 발광스펙트럼을 검출하는 발광스펙트럼 검출 시스템과,A light emission spectrum detection system for detecting a light emission spectrum of plasma of the process gas generated in the process container;

상기 검출 시스템에서 검출된 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되는 플라즈마 생성 조건이 얻어지도록, 상기 가스 공급 시스템 및 상기 플라즈마 생성 시스템을 제어하는 제어기,The gas supply system and the gas so that a plasma generation condition is obtained such that a ratio N 2 + / N 2 of the intensity of N 2 + to the intensity of N 2 obtained from the emission spectrum of the plasma detected in the detection system is 0.6 or more; A controller for controlling the plasma generation system,

를 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭장치가 제공된다.There is provided an etching apparatus comprising: a.

상기 발광스펙트럼 검출 시스템으로서는, 플라즈마광을 분광하는 모노크로미터와, 수득된 분광광을 계측하는 계측기를 갖는 것을 이용할 수 있다.As the emission spectrum detection system, one having a monochromator for spectroscopy of plasma light and a measuring instrument for measuring the obtained spectroscopic light can be used.

또한, 상기 플라즈마 생성 시스템으로서는, 처리 용기내에 마이크로파를 공 급하는 마이크로파 발생기를 갖고 있는 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 생성 시스템으로서는, 마이크로파 발생기에 의해 발생한 마이크로파를 방사하여 처리 용기내에 도입하는 평면 안테나를 갖는 것을 이용할 수 있다. 바람직한 평면 안테나로서는, 래디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA)를 들 수 있다.Moreover, as said plasma generation system, what has a microwave generator which supplies a microwave in a processing container can be used. In addition, as the plasma generation system, one having a flat antenna that radiates microwaves generated by the microwave generator and introduces them into the processing vessel can be used. As a preferable planar antenna, a radial line slot antenna (RLSA) is mentioned.

본 발명의 제 3의 관점에서는, 에칭장치를 제어하여 상기 에칭방법을 실행시키기 위한 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 독해가능한 기억 매체가 제공된다.In a third aspect of the present invention, a computer-readable storage medium storing a control program for controlling an etching apparatus to execute the etching method is provided.

본 발명에 의하면, 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행함으로써, N2 +로 대표되는 질소이온에 의한 질화·환원 작용이 유효하게 발휘되어, 반응 생성물의 산화가 억제된다. 이것에 의해, 저온에 있어서도 양호한 에칭 형상성과 높은 선택성을 동시에 달성할 수 있다.According to the present invention, since the N 2 + strength and N 2 of the determined from the emission spectrum of the plasma strength of a non-N 2 + / N 2 line to etching under the condition that is at least 0.6, nitrogen, represented by N 2 + The nitriding / reducing effect by the ions is effectively exerted, and oxidation of the reaction product is suppressed. As a result, even at low temperatures, good etching shape and high selectivity can be achieved at the same time.

특히, 베이스막인 실리콘 함유층 상에 에칭 대상막인 텅스텐 함유막이 형성된 피처리체를 에칭하는 경우에, 처리 가스로서, 염소함유 가스와 산소함유 가스와 질소함유 가스를 이용하여, 강도비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행함으로써, 질소이온에 의한 질화·환원 작용이 발휘되어 W03 등의 휘발성이 낮은 반응 생성물의 퇴적에 의한 에칭 형상의 악화가 방지된다. 이것에 의해, 고온으로 하는 일없이, 양호한 에칭 형상성과 높은 선택성을 양립시킬 수 있다.In particular, when etching a workpiece on which a tungsten-containing film as an etching target film is formed on a silicon-containing layer as a base film, an intensity ratio N 2 + / using a chlorine-containing gas, an oxygen-containing gas, and a nitrogen-containing gas as a processing gas. By etching under conditions such that N 2 is 0.6 or more, nitriding and reducing action by nitrogen ions are exerted and W0 3 Deterioration of the etching shape due to the deposition of low volatility reaction products such as and the like is prevented. Thereby, favorable etching shape and high selectivity can be made compatible without making it high temperature.

도 1은 본 발명의 1실시 형태에 따른 플라즈마 에칭방법을 실시하기 위한 플라즈마 에칭장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma etching apparatus for performing a plasma etching method according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 에칭장치에 있어서의 평면 안테나 부재의 평면도이다.FIG. 2 is a plan view of the planar antenna member in the etching apparatus of FIG. 1.

도 3은 도 1의 에칭장치에 있어서의 샤워 플레이트의 평면도이다.3 is a plan view of a shower plate in the etching apparatus of FIG. 1.

도 4는 본 발명의 1실시 형태에 따른 플라즈마 에칭방법이 적용되는 반도체 웨이퍼의 부분 단면도이다.4 is a partial cross-sectional view of a semiconductor wafer to which a plasma etching method according to one embodiment of the present invention is applied.

도 5는 도 4의 반도체 웨이퍼를 에칭하여 게이트 전극을 형성한 상태를 나타내는 그림이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which a gate electrode is formed by etching the semiconductor wafer of FIG. 4.

도 6은 도 4의 반도체 웨이퍼에 형성된 게이트 전극에 반응 생성물이 퇴적된 상태를 나타내는 그림이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a reaction product deposited on a gate electrode formed on the semiconductor wafer of FIG. 4.

도 7은 RLSA 플라즈마 에칭장치 및 ICP 에칭장치에 있어서의 플라즈마의 발광스펙트럼을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing emission spectra of plasma in the RLSA plasma etching apparatus and the ICP etching apparatus.

도 8은 RLSA 플라즈마 에칭장치 및 ICP 에칭장치에 있어서의 전력과 N2 +/N2(강도비)의 관계를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing a relationship between power and N 2 + / N 2 (intensity ratio) in an RLSA plasma etching apparatus and an ICP etching apparatus.

도 9는 RLSA 플라즈마 에칭장치 및 ICP 에칭장치에 있어서의 플라즈마 형성 전력과 전자 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing a relationship between plasma formation power and electron density in an RLSA plasma etching apparatus and an ICP etching apparatus.

도 10은 RLSA 플라즈마 에칭장치 및 ICP 에칭장치에 있어서의 플라즈마 형성 전력과 전자 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the relationship between plasma formation power and electron temperature in an RLSA plasma etching apparatus and an ICP etching apparatus.

도 11은 RLSA 플라즈마 에칭장치에 있어서의, N2/Cl2 및 O2/Cl2와, 에칭 형상 성(CD 변화) 및 에칭 선택비의 관계를 나타내는 그래프군이다.FIG. 11 is a graph group showing the relationship between N 2 / Cl 2 and O 2 / Cl 2 , etching formability (CD change), and etching selectivity in an RLSA plasma etching apparatus. FIG.

도 12는 RLSA 플라즈마 에칭장치에 있어서의, N2/Cl2 및 O2/Cl2와, 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 수득된 N2 +/N2의 강도비와의 관계를 나타내는 그래프이다.12 is a graph showing the relationship between the intensity ratio of N 2 / Cl 2 and O 2 / Cl 2 in the RLSA plasma etching apparatus and N 2 + / N 2 obtained from the emission spectrum of the plasma.

도 13은 도 11 및 도 12로부터 구해진, 마이크로파 전력과, (a) CD 변화, (b) 에칭 선택비, 및 (c) N2 +/N2비와의 관계를 각각 나타내는 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the relationship between microwave power, (a) CD change, (b) etching selectivity, and (c) N 2 + / N 2 ratio, respectively, obtained from FIGS. 11 and 12.

발명을 실시하기Implement the invention 위한 최선의 형태 Best form for

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 관하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described, referring an accompanying drawing.

도 1은, 본 발명의 1실시 형태에 따른 에칭방법을 실시하기 위한 플라즈마 에칭장치를 나타내는 단면도이다. 이 플라즈마 에칭장치(100)는, 래디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA)로부터 처리실내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 RLSA 마이크로파 플라즈마 에칭장치로서 구성되어 있다.1 is a cross-sectional view showing a plasma etching apparatus for performing an etching method according to an embodiment of the present invention. The plasma etching apparatus 100 is configured as an RLSA microwave plasma etching apparatus for generating a plasma by introducing microwaves into the processing chamber from the radial line slot antenna RLSA.

플라즈마 에칭장치(100)는, 기밀하게 구성된 알루미늄 또는 스테인레스강 등의 금속재료로 이루어지는 대략 원통상의 접지된 처리 용기(1)를 갖고 있고, 처리 용기(1)에서 구성되는 처리 공간 중에서 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)가 에칭된다. 처리 용기(1)의 상부에는, 처리 공간에 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도입부(30)가 설치되어 있다.The plasma etching apparatus 100 has a substantially cylindrical grounded processing container 1 made of a metal material such as aluminum or stainless steel that is hermetically sealed, and is a processing target object in the processing space configured in the processing container 1. The semiconductor wafer W is etched. In the upper part of the processing container 1, the microwave introduction part 30 for introducing a microwave into a processing space is provided.

처리 용기(1)내에는, 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(5)가, 처리 용기(1)의 저부 중앙에 절연부재(4a) 사이에 세워진 통상의 지지부재(4)에 의해 지지된 상태로 설치되어 있다. 서셉터(5) 및 지지부재(4)를 구성하는 재료로서는, 표면을 알루마이트처리(양극 산화처리)한 알루미늄 등이 예시된다.In the processing container 1, a susceptor 5 for horizontally supporting the wafer W is attached to a normal supporting member 4 which is placed between the insulating members 4a at the center of the bottom of the processing container 1. It is installed in the state supported by. As a material which comprises the susceptor 5 and the support member 4, aluminum etc. which anodized (anodic oxidation) the surface was illustrated.

서셉터(5)의 상면에는, 반도체 웨이퍼(W)를 정전력으로 흡착 유지하는 정전 척(6)이 설치되어 있다. 이 정전 척(6)은, 도전막으로 이루어지는 전극(7)을 절연체(6a)의 내부에 설치한 구조를 갖는 것이고, 전극(7)에는 직류전원(8)이 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 직류전원(8)으로부터의 직류전압에 의해 생긴 쿨롱력 등의 정전력에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 정전 척(6)에 흡착 유지된다. 정전 척(6)(반도체 웨이퍼(W))의 주위에서 서셉터(5)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키기 위한, 예컨대 실리콘으로 이루어지는 도전성의 포커스 링(보정 링)(9)이 배치되어 있다.On the upper surface of the susceptor 5, an electrostatic chuck 6 for adsorbing and holding the semiconductor wafer W at a constant power is provided. The electrostatic chuck 6 has a structure in which an electrode 7 made of a conductive film is provided inside the insulator 6a, and a DC power source 8 is electrically connected to the electrode 7. The semiconductor wafer W is attracted to and held by the electrostatic chuck 6 by constant power such as a coulomb force generated by the DC voltage from the DC power source 8. On the upper surface of the susceptor 5 around the electrostatic chuck 6 (semiconductor wafer W), a conductive focus ring (correction ring) 9 made of silicon, for example, for improving the uniformity of etching is disposed. It is.

서셉터(5)의 내부에는, 예컨대 원주상으로 냉매실(12)이 설치되어 있다. 이 냉매실(12)에는, 외부에 설치된 도시하지 않은 냉각 유닛에 의해 배관(14a,14b)을 통해서 소정 온도의 냉매가 순환 공급된다. 이것에 의해, 서셉터 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리온도를 제어할 수 있게 되어 있다. 또한, 서셉터(5)의 내부에는 온도 조정용의 히터(16)가 매설되어 있다. 히터(16)에는 히터용 전원(17)이 접속되고, 히터(16)는 이 전원(17)으로부터 급전되어 발열한다. 또한, 도시하지 않은 전열가스 공급 시스템으로부터의 전열가스, 예컨대 He 가스가 가스 공급라인(18)을 통해서 정전 척(6)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급되게 되어 있다.Inside the susceptor 5, the coolant chamber 12 is provided in the circumference, for example. The refrigerant chamber 12 is circulated and supplied to the refrigerant chamber 12 through pipes 14a and 14b by a cooling unit (not shown) provided outside. As a result, the processing temperature of the semiconductor wafer W on the susceptor can be controlled. Moreover, the heater 16 for temperature adjustment is embedded in the susceptor 5. A heater power source 17 is connected to the heater 16, and the heater 16 is supplied with power from this power source 17 to generate heat. In addition, the heat transfer gas, for example, He gas, from the heat transfer gas supply system (not shown) is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 6 and the rear surface of the semiconductor wafer W through the gas supply line 18.

또한, 서셉터(5)에는, 정합기(19)를 통해서 고주파 바이아스 전원(20)이 접속되어 있다. 이 고주파 바이아스 전원(20)으로부터 서셉터(5)에 고주파 전력이 공급됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)측으로 이온이 주입된다. 고주파 바이아스 전원(20)은, 예컨대 300kHz 내지 13.56MHz의 범위내의 주파수의 고주파 전력을 출력한다.In addition, the high frequency bias power supply 20 is connected to the susceptor 5 via a matching device 19. The high frequency power is supplied from the high frequency bias power supply 20 to the susceptor 5, whereby ions are injected into the semiconductor wafer W side. The high frequency bias power supply 20 outputs high frequency power of a frequency in the range of 300 kHz to 13.56 MHz, for example.

서셉터(5)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 복수의 웨이퍼 지지핀(21)이 서셉터(5)의 표면에 대하여 돌몰가능하게 설치되어 있다. 이들 웨이퍼 지지핀(21)은 지지판(22)에 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼 지지핀(21)은, 처리 용기(1)의 아래쪽으로 설치된 에어실린더 등의 구동기구(23)에 의해 승강 로드(23a) 및 지지판(22)을 통해서 승강된다. 한편, 승강 로드(23a)의 처리 용기(1)로부터 외부로 돌출한 부분의 주위에는 벨로즈(24)가 설치되어 있다.In the susceptor 5, a plurality of wafer support pins 21 for supporting and lifting the wafer W are provided so as to be able to project against the surface of the susceptor 5. These wafer support pins 21 are fixed to the support plate 22. And the wafer support pin 21 is lifted up and down via the lifting rod 23a and the support plate 22 by the drive mechanism 23, such as an air cylinder, provided below the processing container 1. On the other hand, the bellows 24 is provided in the circumference | surroundings of the part which protruded outward from the processing container 1 of the lifting rod 23a.

처리 용기(1)의 저부에는 배기관(25)이 접속되어 있고, 이 배기관(25)에는 고속 진공 펌프를 포함하는 배기장치(26)가 접속되어 있다. 이 배기장치(26)를 작동시킴으로써 처리 용기(1)내가 배기되어, 처리 용기(1)내가 소정의 진공도까지 고속으로 감압하는 것이 가능해져 있다. 또한, 처리 용기(1)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반출입을 행하기 위한 반입 출구(80)와, 이 반입 출구(80)를 개폐하는 게이트 밸브(81)가 설치되어 있다.An exhaust pipe 25 is connected to the bottom of the processing container 1, and an exhaust device 26 including a high speed vacuum pump is connected to the exhaust pipe 25. By operating this exhaust device 26, the inside of the processing container 1 is exhausted, and the inside of the processing container 1 can be decompressed at a high speed to a predetermined degree of vacuum. Moreover, the carrying-in outlet 80 for carrying in and out of the wafer W and the gate valve 81 which open and close this carrying-in outlet 80 are provided in the side wall of the processing container 1.

처리 용기(1)의 상부는 개구부로 되어 있고, 이 개구부를 막도록 마이크로파 도입부(30)가 기밀하게 배치가능해져 있다. 이 마이크로파 도입부(30)는, 도시하지 않은 개폐 기구에 의해 개폐가능해져 있다.The upper part of the processing container 1 is an opening part, and the microwave introduction part 30 can be arrange | positioned airtight so that this opening part may be closed. This microwave introduction part 30 can be opened and closed by the opening / closing mechanism not shown.

마이크로파 도입부(30)는, 아래로부터 순차로, 투과판(28), 평면 안테나 부재(31), 지파재(遲波材)(33)를 갖고 있다. 이들은, 실드부재(34), 압착 링(36) 및 상부 플레이트(29)에 의해 덮어지고, 압착 링(35)으로 고정되어 있다. 마이크로파 도입부(30)가 닫혀진 상태에서는, 처리 용기(1)의 상단과 상부 플레이트(29)의 사이가 시일부재(29a)에 의해 시일된 상태로 됨과 함께, 후술하는 바와 같이 투과판(28)을 통해서 상부 플레이트(29)에 지지된 상태로 된다.The microwave introduction part 30 has the permeation | transmission plate 28, the planar antenna member 31, and the slow wave material 33 sequentially from the bottom. These are covered by the shield member 34, the crimping ring 36, and the upper plate 29, and are fixed by the crimping ring 35. In the state in which the microwave introduction section 30 is closed, while the upper end of the processing container 1 and the upper plate 29 are sealed by the sealing member 29a, the transmissive plate 28 is opened as will be described later. The state is supported by the upper plate 29 through.

투과판(28)은, 유전체 예컨대 석영이나 Al2O3, AlN, 사파이어, SiN 등의 세라믹으로 이루어지고, 마이크로파를 투과하여 처리 용기(1)내로 도입되는 마이크로파 도입창으로서 기능한다. 투과판(28)의 하면에, 마이크로파를 균일화하여 플라즈마를 안정화시키기 위해, 예컨대 오목부나 홈을 형성할 수도 있다. 투과판(28)은, 환상의 상부 플레이트(29)의 내주 돌부(29c)에 의해, 시일부재(29b)를 통해서 기밀상태로 지지되어 있다. 따라서, 마이크로파 도입부(30)가 닫혀진 상태로 처리 용기(1)내를 기밀하게 유지하는 것이 가능해진다.The transmission plate 28 is made of a dielectric such as quartz, ceramics such as Al 2 O 3 , AlN, sapphire, SiN, etc., and functions as a microwave introduction window introduced into the processing container 1 by transmitting microwaves. In the lower surface of the transmission plate 28, for example, a recess or a groove may be formed to uniformize the microwave to stabilize the plasma. The permeable plate 28 is supported by the inner circumferential protrusion 29c of the annular upper plate 29 in an airtight state through the seal member 29b. Therefore, it becomes possible to keep the inside of the processing container 1 airtight while the microwave introduction part 30 is closed.

평면 안테나 부재(31)는, 원판상을 하고 있고, 투과판(28)의 상방 위치에 있어서, 실드부재(34)의 내주면에 계지(係止)되어 있다. 이 안테나 부재(31)는, 예컨대 표면이 금 또는 은 도금된 구리판 또는 알루미늄판으로 이루어진다. 안테나 부재(31)는, 마이크로파 등의 전자파를 방사하기 위한 다수의 관통 슬롯(마이크로파 방사구멍)(32)이 소정의 패턴으로 형성되어, RLSA를 구성하고 있다.The planar antenna member 31 has a disk shape, and is locked to the inner circumferential surface of the shield member 34 at a position above the transmission plate 28. The antenna member 31 is made of, for example, a copper plate or an aluminum plate whose surface is gold or silver plated. In the antenna member 31, a plurality of through slots (microwave radiation holes) 32 for emitting electromagnetic waves such as microwaves are formed in a predetermined pattern to constitute the RLSA.

전형적으로는 도 2에 나타낸 바와 같이, 인접하는 2개의 직선형 슬롯(32)끼리가 대략 직교하여 「T」자상의 슬롯대를 하고 있다. 이들 복수의 슬롯대(32)는, 동심원상으로 배치되어 있다. 각 슬롯(32)의 길이나 슬롯대(32)끼리의 간격은, 지파재(33) 중의 마이크로파의 파장(λg)에 따라 결정된다. 예컨대 슬롯대(32)끼리의 간격 Δr은 1/2λg 또는 λg이 되도록 배치된다. 한편, 각 슬롯(32)은 원형상, 원호상 등의 다른 형상이더라도 좋다. 또한, 복수의 슬롯대(32)의 배치형태는, 동심원상 외에, 나선상, 방사상 등의 형태로 배치할 수도 있다.Typically, as shown in FIG. 2, two adjacent linear slots 32 are orthogonal to each other, and have a "T" shaped slot. These slots 32 are arranged concentrically. The length of each slot 32 and the space | interval of slot stand 32 are determined according to the wavelength (lambda) g of the microwave in the slow wave material 33. As shown in FIG. For example, the space | interval (DELTA) r of slot stand 32 comrades is arrange | positioned so that it may become 1/2 (lambda) g or (lambda) g. In addition, each slot 32 may be another shape, such as circular shape and circular arc shape. In addition, the arrangement form of the some slot stand 32 can also be arrange | positioned in the form of spiral shape, radial shape, etc. besides concentric circles.

지파재(33)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖는 재료, 예컨대 석영, 세라믹, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있다. 지파재(33)는, 진공중보다도 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마의 상태를 조정하는 기능을 갖고 있다. 한편, 평면 안테나 부재(31)와 투과판(28)의 사이, 또한 지파재(33)와 평면 안테나(31)의 사이는, 각각 밀착시키거나 이간시키더라도 좋다.The slow wave material 33 is comprised by the material which has a dielectric constant larger than a vacuum, for example, fluorine-type resin, such as quartz, a ceramic, and polytetrafluoroethylene, and polyimide-type resin. The slow wave material 33 has a function of adjusting the state of the plasma by making the wavelength of the microwave shorter than in vacuum. On the other hand, between the planar antenna member 31 and the transmission plate 28, and between the slow wave material 33 and the planar antenna 31, they may be in close contact or spaced apart, respectively.

실드부재(34)에는, 냉각수 유로(34a)가 형성되어 있고, 거기에 냉각수를 통류시킴으로써, 실드부재(34), 지파재(33), 평면 안테나(31), 투과판(28)을 냉각하게 되어 있다. 한편, 실드부재(34)는 접지되어 있다.A cooling water flow path 34a is formed in the shield member 34, and the cooling water flows therethrough to cool the shield member 34, the slow wave material 33, the planar antenna 31, and the transmission plate 28. It is. On the other hand, the shield member 34 is grounded.

실드부재(34)의 중앙에는, 개구부(34b)가 형성되어 있고, 이 개구부(34b)에는 도파관(37)이 접속되어 있다. 이 도파관(37)의 단부에는, 매칭회로(38)를 통해서 마이크로파 발생장치(마이크로파기)(39)가 접속되어 있다. 이것에 의해, 마이크로파 발생장치(39)에서 발생한, 예컨대 주파수 2.45GHz의 마이크로파가 도파관(37)을 통해서 상기 평면 안테나 부재(31)로 전파되게 되어 있다. 마이크로파의 주파수로서는, 8.35GHz, 1.98GHz 등을 이용하는 것도 가능하다.The opening part 34b is formed in the center of the shield member 34, and the waveguide 37 is connected to this opening part 34b. The microwave generator 39 (microwave device) 39 is connected to an end of the waveguide 37 via a matching circuit 38. As a result, microwaves generated at the microwave generator 39, for example, at a frequency of 2.45 GHz are propagated to the planar antenna member 31 through the waveguide 37. As the frequency of the microwave, it is also possible to use 8.35 GHz, 1.98 GHz or the like.

도파관(37)은, 단면 원형상의 동축 도파관(37a)과, 직사각형 도파관(37b)을 갖고 있다.The waveguide 37 has a circular cross-sectional coaxial waveguide 37a and a rectangular waveguide 37b.

동축 도파관(37a)은, 실드부재(34)의 개구부(34b)로부터 상방으로 연출하고 있다. 직사각형 도파관(37b)은, 동축 도파관(37a)의 상단부에 모드 변환기(40)를 통해서 접속되어, 수평 방향으로 연장되어 있다. 모드 변환기(40)는, 직사각형 도파관(37b) 내를 TE 모드로 전파하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 갖고 있다. 동축 도파관(37a)의 중심에 연재하고 있는 내도체(41)의 하단부는, 평면 안테나 부재(31)의 중심에 접속되어 있다. 이것에 의해, 마이크로파는, 동축 도파관(37a)의 내도체(41)를 통해서 평면 안테나 부재(31)로 방사상으로 효율적이고 균일하게 전파된다.The coaxial waveguide 37a is directed upward from the opening 34b of the shield member 34. The rectangular waveguide 37b is connected to the upper end of the coaxial waveguide 37a via the mode converter 40 and extends in the horizontal direction. The mode converter 40 has a function of converting microwaves propagated in the rectangular waveguide 37b into the TE mode to the TEM mode. The lower end of the inner conductor 41 extending in the center of the coaxial waveguide 37a is connected to the center of the planar antenna member 31. Thereby, the microwave propagates radially efficiently and uniformly to the planar antenna member 31 via the inner conductor 41 of the coaxial waveguide 37a.

처리 용기(1)내의 서셉터(5)와 마이크로파 도입부(30)의 사이에는, 에칭을 위한 처리 가스를 도입하기 위한 샤워 플레이트(51)가 수평으로 설치되어 있다. 이 샤워 플레이트(51)는, 도 3에도 나타낸 바와 같이, 격자상으로 형성된 가스 유로(52)와, 이 가스 유로(52)에 형성된 다수의 가스 토출 구멍(53)을 갖고 있다. 또한, 샤워 플레이트(51)는, 가스 유로(52)끼리의 사이에 형성된 다수의 관통 구멍(54)을 갖고 있다.Between the susceptor 5 and the microwave introduction part 30 in the processing container 1, the shower plate 51 for introducing the process gas for etching is provided horizontally. As shown in FIG. 3, the shower plate 51 has a gas flow passage 52 formed in a lattice form and a plurality of gas discharge holes 53 formed in the gas flow passage 52. Moreover, the shower plate 51 has many through-holes 54 formed between the gas flow paths 52 comrades.

이 샤워 플레이트(51)의 가스 유로(52)에는, 처리 용기(1)의 외측으로 연장되는 배관(55)이 접속되어 있다. 이 배관(55)은, Cl2 가스원(59), O2 가스원(60), N2 가스원(61)에 각각 접속되는 Cl2 가스배관(56), O2 가스배관(57), N2 가스배관(58)으로 분지되어 있다. 각 가스배관(56,57,58)에는, 각각 밸브(62) 및 매스 플로우 컨트롤러(63)가 설치되어 있다. 그리고, 각 가스원(59,60,61)으로부터 Cl2 가스, O2 가스, N2 가스가, 각 가스배관(56,57,58), 배관(55), 및 샤워 플레이트(51)를 통해서 소정 유량비로 처리 용기(1)내에 도입되게 되어 있다. 이와 같이, 플라즈마 에칭장치(100)에, 처리 가스로서의 주에칭 가스(Cl2 가스, O2 가스) 및 질소함유 가스(N2 가스)를, 각각 유량 조정하면서 처리 용기(1)내에 공급하는 가스 공급 시스템이 구비되어 있다.The pipe 55 extending to the outside of the processing container 1 is connected to the gas flow path 52 of the shower plate 51. The pipe 55 is, Cl 2 is connected to the Cl 2 gas source (59), O 2 gas source (60), N 2 gas source 61 Gas piping (56), O 2 Gas piping 57, N 2 It is branched into the gas pipe 58. Each gas pipe 56, 57, 58 is provided with a valve 62 and a mass flow controller 63, respectively. And Cl 2 from each gas source (59, 60, 61). Gas, O 2 gas, and N 2 gas are introduced into the processing container 1 at predetermined flow rates through the gas pipes 56, 57, 58, the pipe 55, and the shower plate 51. In this way, the main etching gas (Cl 2 ) as the processing gas is supplied to the plasma etching apparatus 100. A gas supply system for supplying gas, O 2 gas) and nitrogen-containing gas (N 2 gas) into the processing container 1 while adjusting the flow rate is provided.

한편, 샤워 플레이트(51)의 상방에는, 링상의 플라즈마 가스 도입 부재(65)가 처리 용기벽에 따라 설치되어 있다. 이 가스 도입 부재(65)에는 내주에 다수의 가스 토출 구멍이 설치되어 있다. 가스 도입 부재(65)에는, 플라즈마 가스로서의 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스원(66)이 배관(67)을 통해서 접속되어 있다. 배관(67)에는 밸브(68) 및 매스 플로우 컨트롤러(69)가 접속되어 있다.On the other hand, a ring-shaped plasma gas introducing member 65 is provided above the shower plate 51 along the processing container wall. The gas introduction member 65 is provided with a plurality of gas discharge holes in the inner circumference. An Ar gas source 66 for supplying Ar gas as the plasma gas is connected to the gas introduction member 65 through a pipe 67. The valve 68 and the mass flow controller 69 are connected to the pipe 67.

가스 도입 부재(65)의 토출 구멍으로부터 처리 용기(1)내에 도입된 Ar 가스는, 마이크로파 도입부(30)를 통해서 처리 용기(1)내에 도입된 마이크로파에 의해 플라즈마화된다. 이 Ar 플라즈마가 샤워 플레이트(51)의 관통 구멍(54)을 통과하고, 샤워 플레이트(51)의 가스 토출 구멍(53)으로부터 토출된 처리 가스인 Cl2 가스, O2 가스, N2 가스를 여기하고, 이들 처리 가스의 플라즈마를 형성한다. 이와 같이, 플라즈마 에칭장치(100)에, 처리 용기(1)내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 시스템이 구비되어 있다.Ar gas introduced into the processing container 1 from the discharge hole of the gas introducing member 65 is plasmated by microwaves introduced into the processing container 1 through the microwave introducing unit 30. The Ar plasma passes through the through hole 54 of the shower plate 51 and is Cl 2 , which is a processing gas discharged from the gas discharge hole 53 of the shower plate 51. Gas, O 2 The gas and the N 2 gas are excited to form plasma of these processing gases. In this manner, the plasma etching apparatus 100 is provided with a plasma generation system for generating plasma in the processing container 1.

처리 용기(1)의 측벽에는, 처리 용기(1)내에 형성된 플라즈마로부터의 빛을 분광하는 모노크로미터(70)가 설치되어 있다. 또한, 모노크로미터(70)에 의해 수득된 분광광을 계측하는 계측부(계측기)(71)가, 모노크로미터(70)에 접속되어 있다. 이들 모노크로미터(70) 및 계측부(71)에 의해서, 처리 용기(1)내에 생성된 처리 가스의 플라즈마의 발광스펙트럼을 검출하는 발광스펙트럼 검출 시스템이 구성되어 있다.On the sidewall of the processing container 1, a monochromator 70 for spectroscopy light from plasma formed in the processing container 1 is provided. In addition, a measurement unit (measuring instrument) 71 for measuring the spectroscopic light obtained by the monochromator 70 is connected to the monochromator 70. The monochromator 70 and the measurement part 71 comprise the light emission spectrum detection system which detects the light emission spectrum of the plasma of the process gas produced in the processing container 1.

에칭장치(100)의 각 동작 부분은, 컴퓨터로 이루어지는 프로세스 컨트롤러(77)에 의해 제어되는 구성으로 되어 있다. 프로세스 컨트롤러(77)에는, 공정관리자가 에칭장치(100)를 관리하기 위해 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 장치의 가동상황을 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(78)가 접속되어 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(77)에는, 처리조건에 따라 에칭장치(100)를 동작시켜 에칭처리를 실행시키기 위한 제어프로그램, 즉 레시피가 격납된 기억부(79)가 접속되어 있다. 그 레시피는, 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있더라도 좋고, CDROM, DVD 등의 가반성의 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(79)의 소정 위치에 세트되도록 되어 있더라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용회선을 통해서 레시피를 적절히 전송시키도록 하여도 좋다. 프로세스 컨트롤러(77)는, 필요에 따라, 유저 인터페이스(78)로부터의 지시 등으로써 임의의 레시피를 기억부(79)로부터 호출하여 실행한다.Each operation portion of the etching apparatus 100 is configured to be controlled by a process controller 77 made of a computer. The process controller 77 is connected to a user interface 78 comprising a keyboard for performing an input operation or the like for the process manager to manage the etching apparatus 100, a display for displaying the operation status of the apparatus, or the like. In addition, the process controller 77 is connected to a control program for operating the etching apparatus 100 in accordance with the processing conditions for executing the etching process, that is, a storage unit 79 containing a recipe. The recipe may be stored in a hard disk or a semiconductor memory, or may be set in a predetermined position of the storage unit 79 in a state accommodated in a portable storage medium such as a CDROM or a DVD. Alternatively, the recipe may be appropriately transmitted from another device, for example, via a dedicated line. The process controller 77 calls and executes an arbitrary recipe from the storage unit 79 by an instruction or the like from the user interface 78 as necessary.

다음으로, 이상과 같이 구성된 에칭장치(100)를 이용하여 실시되는 에칭방법의 본 실시 형태에 대하여 설명한다.Next, this embodiment of the etching method performed using the etching apparatus 100 comprised as mentioned above is demonstrated.

피처리체로서는, 도 4에 나타내는 바와 같은 반도체 웨이퍼(W)를 이용한다. 이 웨이퍼(W)는, 실리콘 기판(101) 상에, 게이트 산화막(102), 폴리실리콘막(103), 텅스텐 함유막(104)을 순차적으로 형성하고, 더욱이 그 위에 패턴화된 에칭 마스크(105)를 형성한 구조를 갖는다. 한편, 텅스텐 함유막(104)은, 텅스텐막 단층이더라도 좋고, WN막의 위에 텅스텐막이 형성된 적층체이더라도 좋다. 또한 텅스텐막과 WSi막 등, 다른 조합으로 이루어지는 적층체이더라도 좋다.As a to-be-processed object, the semiconductor wafer W as shown in FIG. 4 is used. The wafer W sequentially forms a gate oxide film 102, a polysilicon film 103, and a tungsten-containing film 104 on the silicon substrate 101, and is further patterned thereon. ) Has a structure formed. The tungsten-containing film 104 may be a single layer of tungsten film or may be a laminate in which a tungsten film is formed on the WN film. It may also be a laminate composed of other combinations such as a tungsten film and a WSi film.

우선, 웨이퍼(W)를 처리 용기(1)내에 반입하고, 서셉터(5) 상에 탑재한다. 그리고, Ar 가스원(66)으로부터 처리 용기(1)내에 Ar 가스를 도입하면서, 마이크로파 발생장치(39)에서 발생시킨 마이크로파를 처리 용기(1)내에 도입한다. 발생장치(39)에서 발생시킨 마이크로파는, 직사각형 도파관(37b) 내에서는 TE 모드로 전파되고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(40)에서 TEM 모드로 변환되어, 동축 도파관(37a) 내를 평면 안테나 부재(31)로 향해서 전파된다. 이 마이크로파가 평면 안테나 부재(31)로부터 방사되어, 투과판(28)을 통하여 처리 용기(1)내에 도입된다. 이 마이크로파에 의해, 처리 용기(1)내에 전자계가 형성되어, 플라즈마 생성 가스인 Ar 가스가 플라즈마화된다. 그 때, 직류전원(8)으로부터 전극(7)에 급전함으로써 플라즈마를 통해서 반도체 웨이퍼(W)가 정전 척(6)에 정전 흡착된다.First, the wafer W is carried in the processing container 1 and mounted on the susceptor 5. Microwaves generated by the microwave generator 39 are introduced into the processing container 1 while introducing Ar gas into the processing container 1 from the Ar gas source 66. The microwaves generated by the generator 39 are propagated in the TE mode in the rectangular waveguide 37b, and the microwaves in the TE mode are converted into the TEM mode in the mode converter 40, so that the inside of the coaxial waveguide 37a is flat. It propagates toward the antenna member 31. This microwave is radiated from the planar antenna member 31 and introduced into the processing container 1 through the transmission plate 28. By this microwave, an electromagnetic field is formed in the processing container 1, and Ar gas, which is a plasma generating gas, is converted into plasma. At that time, the semiconductor wafer W is electrostatically attracted to the electrostatic chuck 6 through the plasma by feeding the electrode 7 from the DC power supply 8.

이어서, 각 가스원(59,60,61)으로부터 공급되는 Cl2 가스, O2 가스, N2 가스가, 샤워 플레이트(51)로부터 처리 용기(1)내에 토출된다. Cl2 가스, O2 가스, N2 가스는 매스 플로우 컨트롤러(63)를 제어함으로써 소정의 유량비로 공급된다.Then, Cl 2 supplied from each gas source 59, 60, 61 Gas, O 2 Gas and N 2 gas are discharged from the shower plate 51 into the processing container 1. Cl 2 Gas, O 2 Gas, N 2 The gas is supplied at a predetermined flow rate ratio by controlling the mass flow controller 63.

처리 용기(1)내에 토출된 처리 가스로서의 Cl2 가스, O2 가스, N2 가스는, 샤워 플레이트(51)의 관통 구멍(54)을 통과하여 온 Ar 플라즈마에 의해 여기되어 플라즈마화된다. 이들 처리 가스의 플라즈마에 의해, 텅스텐 함유막(104)이 에칭되어, 도 5에 나타낸 바와 같이 텅스텐 함유막으로 이루어지는 게이트 전극(106)이 형성된다.Cl 2 as the processing gas discharged into the processing container 1 Gas, O 2 The gas and the N 2 gas are excited and converted into plasma by the Ar plasma which has passed through the through hole 54 of the shower plate 51. By the plasma of these process gases, the tungsten-containing film 104 is etched to form a gate electrode 106 made of a tungsten-containing film as shown in FIG. 5.

이 때에 형성되는 플라즈마는, 마이크로파가 평면 안테나 부재(31)의 다수의 슬롯(32)으로부터 방사됨으로써, 대략 1×1010 내지 5×1012/cm3의 고밀도이고, 또한 웨이퍼(W) 근방에서는, 대략 1.5eV 이하의 저전자 온도 플라즈마가 된다.Plasma formed at this time has a high density of approximately 1 × 10 10 to 5 × 10 12 / cm 3 because microwaves are emitted from the plurality of slots 32 of the planar antenna member 31, and in the vicinity of the wafer W, And a low electron temperature plasma of about 1.5 eV or less.

이 에칭처리에 있어서는, 고주파 전원(20)으로부터 서셉터(5)에 고주파 전력을 공급하여 반도체 웨이퍼(W)에 이온을 주입한다. 이것에 의해 에칭의 이방성을 높여, 형상성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 에칭시의 처리 용기내 압력은 0.65 내지 2.6Pa의 범위가 바람직하고, 웨이퍼 온도는 50 내지 70℃가 바람직하다.In this etching process, high frequency electric power is supplied from the high frequency power supply 20 to the susceptor 5, and ion is implanted in the semiconductor wafer W. As shown in FIG. Thereby, the anisotropy of etching can be improved and shape can be made favorable. In addition, the pressure in the processing vessel during etching is preferably in the range of 0.65 to 2.6 Pa, and the wafer temperature is preferably 50 to 70 ° C.

텅스텐 함유막의 에칭에 있어서, 에칭 가스로서, 종래부터 사용되고 있던 Cl2 가스 및 O2 가스만이라면, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 에칭에 의해서 형성되는 게이트 전극(106)의 외측에 WO3이나 WClxOy 등, 비교적 휘발성이 낮은 반응 생성물(107)이 퇴적하는 단점이 생긴다. 그와 같은 퇴적물은 에칭 선택비를 높이기 위해 첨가하고 있는 02 가스가 많을수록 증가한다. 따라서, 에칭 선택비를 높이려고 02 가스를 많이 첨가하면 에칭 형상이 열화된다.In the etching of the tungsten-containing film, there are the following problems as long as only the Cl 2 gas and the O 2 gas which are conventionally used as the etching gas. That is, as shown in FIG. 6, a disadvantage is that a relatively low volatility reaction product 107 such as WO 3 or WCl x O y is deposited on the outer side of the gate electrode 106 formed by etching. Such deposits increase as more 0 2 gases are added to increase the etching selectivity. Therefore, when a large amount of 0 2 gas is added to increase the etching selectivity, the etching shape is degraded.

이것을 회피하기 위해 02 가스를 감소시키면, 에칭의 선택성이 저하되어 버린다. 또한, 선택비의 개선에 충분한 만큼만 02 가스를 첨가하면서 에칭 형상성도 양호하게 하기 위해서는, 고온에서의 처리가 필요하게 되어 부적당하다.If 0 2 gas is reduced in order to avoid this, the selectivity of etching will fall. In addition, in order to improve the etching shape while adding 0 2 gas only as much as the selectivity is improved, the treatment at high temperature is required and is inadequate.

이러한 단점을 회피하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 에칭용의 처리 가스로서, 주에칭 가스인 Cl2 가스 및 02 가스에, 추가로 N2 가스를 첨가한 것을 이용하고 있다. 이것에 의해, 이러한 반응 생성물의 퇴적을 억제할 수 있어, 에칭의 형상성 및 선택성을 향상시킬 수 있다. 단, 단지 N2 가스를 도입한 것만으로는, 충분한 효과가 얻어지지 않는 경우도 있다.In order to avoid this disadvantage, in the present embodiment, and using the one as the process gas for etching, the main etching gas of Cl 2 gas and 0 2 gas, the addition of more N 2 gas to. Thereby, deposition of such a reaction product can be suppressed and the shape and selectivity of an etching can be improved. However, only the introduction of N 2 gas may not be sufficient.

그래서, 본 발명자 등이 더욱 검토를 한 결과, 에칭의 형상성 및 선택성에 있어서 질소이온이 중요한 것이 발견되었다. 그리고, 플라즈마의 발광스펙트럼을 계측한 결과, 다음의 것이 밝혀졌다. 즉, 질소이온으로서는 N2 +만이 명확히 검출되고, 그로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되는 플라즈마로 에칭을 행함으로써, 고온으로 하는 일없이, 에칭의 형상성 및 선택성을 충분히 향상시킬 수 있는 것이 밝혀졌다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행한다.Therefore, as a result of further investigation by the present inventors, it was found that nitrogen ion is important in the shape and selectivity of etching. As a result of measuring the emission spectrum of the plasma, the following was found. That is, by performing etching with a plasma of nitrogen ions as N 2 + only clearly detected and, N 2 + or higher strength and N 2 intensity ratio N 2 + / N 2 is 0.6 in the obtained therefrom, one of the high-temperature It has been found that without it, the shape and selectivity of the etching can be sufficiently improved. Therefore, in the present embodiment, the etching is performed under the conditions of the N 2 + N 2 of strength and which is obtained from the emission spectrum of the plasma strength ratio + N 2 / N 2 is at least 0.6.

또한, 이 경우에, 마이크로파 발생장치(39)로부터의 공급전력이 2000 내지 3000W인 것이 바람직하고, 유량비 N2/Cl2(Cl2 가스의 유량에 대한 N2 가스의 유량의 비율)이 200 내지 400%인 것이 바람직하다. 또한, 유량비 O2/Cl2(Cl2 가스의 유량에 대한 O2 가스의 유량의 비율)이 10 내지 20%인 것이 바람직하다.In this case, the power supply from the microwave generator 39 is preferably 2000 to 3000 W, and the flow rate ratio N 2 / Cl 2 (ratio of the flow rate of the N 2 gas to the flow rate of the Cl 2 gas) is 200 to It is preferable that it is 400%. In addition, the flow rate ratio O 2 / Cl 2 (the ratio of the flow rate of the O 2 gas to the flow rate of the Cl 2 gas) is preferably 10 to 20%.

상술한 바와 같이 플라즈마 중에 질소이온이 많이 존재함으로써 질소이온에 의한 질화·환원 작용이 유효하게 발휘된다. 이것에 의해, 반응 생성물의 산화가 억제되고, 또는 WO3 등의 휘발성이 낮은 산화물이 형성되더라도 이하의 식에 의해 용이하게 환원된다.As described above, since a large amount of nitrogen ions are present in the plasma, the nitriding / reducing effect by the nitrogen ions is effectively exhibited. With this, the oxidation of the reaction product can be suppressed, or formation of a low-volatile oxides such as WO 3, even if is easily reduced by the following equation.

WO3+N2 ++Cl2+e → WO2Cl2+N2O
WO2Cl2+NO+N → WNOCl+N02+ClWO 3 + N 2 + + Cl 2 + e → WO 2 Cl 2 + N 2 O
WO 2 Cl 2 + NO + N → WNOCl + N0 2 + Cl

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(등.)(Etc.)

이 때문에, 60℃ 정도의 저온에 있어서도 수직성이 높은 양호한 에칭 형상성과 베이스에 대한 높은 선택비를 동시에 달성할 수 있다.Therefore, even at a low temperature of about 60 ° C., good etching shape with high verticality and high selectivity to the base can be simultaneously achieved.

플라즈마의 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2는, 처리 가스의 조성 및 마이크로파 생성장치의 공급 전력 등의 처리조건을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있고, 이들 조건을 적절히 제어함으로써 원하는 값으로 할 수 있다.N 2 + Non N 2 + of the magnitude and the N 2 / N 2 of the plasma, can be changed by varying the processing conditions such as the power supply of the composition of the process gas and the microwave generating device, appropriately controlling these conditions The desired value can be obtained by doing this.

플라즈마의 발광스펙트럼은, 플라즈마광을 모노크로미터(70)에 의해 분광하고, 수득된 분광광을 이에 접속된 계측장치(71)로써 계측함으로써 구할 수 있다.The emission spectrum of the plasma can be obtained by spectroscopy of the plasma light by the monochromator 70 and by measuring the obtained spectroscopic light by the measuring device 71 connected thereto.

따라서, 이렇게 하여 구한 플라즈마의 발광스펙트럼에 따라, 플라즈마의 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 처리조건을 제어한다. 전형적으로는, 미리 플라즈마의 발광스펙트럼의 N2 +/N2가 0.6 이상이 되는 처리조건의 범위를 파악해 둔다. 그리고, 처리조건이 그의 범위내가 되도록, 프로세스 컨트롤러(77)로 에칭장치(100)(특히, 가스 공급 시스템 및 플라즈마 생성 시스템)를 제어하면서 플라즈마 에칭을 행한다.Therefore, the processing conditions are controlled so that N 2 + / N 2 of the plasma becomes 0.6 or more according to the emission spectrum of the plasma thus obtained. Typically, the range of processing conditions where N 2 + / N 2 of the plasma emission spectrum becomes 0.6 or more is grasped in advance. And plasma etching is performed by controlling the etching apparatus 100 (especially a gas supply system and a plasma generation system) with the process controller 77 so that process conditions may be in the range.

N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상인 플라즈마를 형성하기 위해서는, 본 실시 형태와 같은 RLSA를 이용한 마이크로파 플라즈마를 이용하는 것이 바람직하다. ICP(유도결합 플라즈마)도 고밀도 플라즈마로서 널리 알려져 있지만, 강도비 N2 +/N2를 0.6 이상으로 하는 것이 어렵고, 그다지 적절하지 않다. 이것을 이하에 설명한다.The intensity of the N 2 + N 2 the intensity of the non-N 2 + / N 2 is 0.6 or more in order to form a plasma, it is preferable to use a microwave plasma using a RLSA, such as the present embodiment. Although ICP (inductively coupled plasma) is also widely known as a high density plasma, it is difficult to set the intensity ratio N 2 + / N 2 to 0.6 or more, which is not very appropriate. This is described below.

우선, RLSA 플라즈마 에칭장치와 ICP 에칭장치의 플라즈마의 발광스펙트럼을 비교했다. RLSA 플라즈마 에칭장치로서는, 2.45GHz의 마이크로파 전원(39)과 400kHz의 고주파 바이아스 전원(19)을 갖는 것을 이용했다. 또한, ICP 에칭장치로서는, 13.56MHz의 고주파 전원을 갖는 것을 이용했다. 그리고, RLSA 플라즈마 에칭장치의 마이크로파 전원의 전력 및 ICP 에칭장치의 전력(플라즈마 형성 전력)을 2000W로 했을 때의 플라즈마의 발광스펙트럼은, 도 7에 나타낸 바와 같이 되었다. 이 때에, 처리 가스의 조성은 Cl2:N2:O2=2:8:1로 하고, 처리 용기내 압력은 1.3Pa로 했다. 도 7로부터 분명한 바와 같이, 같은 전력이면서, N2 +의 피크 높이는, RLSA 플라즈마 에칭장치 쪽이 분명히 높아져 있다.First, the emission spectra of the plasma of the RLSA plasma etching apparatus and the ICP etching apparatus were compared. As the RLSA plasma etching apparatus, one having a microwave power supply 39 of 2.45 GHz and a high frequency bias power supply 19 of 400 kHz was used. As the ICP etching apparatus, one having a high frequency power supply of 13.56 MHz was used. The emission spectrum of the plasma when the power of the microwave power supply of the RLSA plasma etching apparatus and the power of the ICP etching apparatus (plasma forming power) was set to 2000W was as shown in FIG. At this time, the composition of the processing gas was Cl 2 : N 2 : O 2 = 2: 8: 1, and the pressure in the processing container was 1.3 Pa. As it is apparent from 7, while the same power, the height of the N + 2 peak, and apparently increases the RLSA plasma etching apparatus side.

다음으로, RLSA 플라즈마 에칭장치의 마이크로파 전원의 전력 및 ICP 에칭장치의 전력을 변화시켜, 전력과 N2 +/N2(강도비)의 관계를 구했다. 그 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 통상의 사용범위에 있어서는, 전력에 의하지 않고 분명히 RLSA 플라즈마 에칭장치 쪽이 N2 +/N2가 높은 것을 알 수 있다. 즉, RLSA 플라즈마 에칭장치 쪽이 이온화하기 쉬운 것을 알 수 있다. 또한, 통상의 사용범위에 있어서, RLSA 플라즈마의 경우에는 N2 +/N2가 0.6을 초과하는데 대하여, ICP 에칭장치의 경우에는 0.3 미만인 것을 알 수 있다.Next, the power of the microwave power supply of the RLSA plasma etching apparatus and the power of the ICP etching apparatus were changed to obtain a relationship between the power and N 2 + / N 2 (intensity ratio). The result is shown in FIG. As shown in Fig. 8, in the normal use range, it is apparent that the RLSA plasma etching apparatus has high N 2 + / N 2 regardless of power. That is, it turns out that the RLSA plasma etching apparatus is easy to ionize. In addition, in the normal use range, it can be seen that N 2 + / N 2 exceeds 0.6 in the case of RLSA plasma, and less than 0.3 in the case of an ICP etching apparatus.

도 9는 플라즈마 형성 전력과 전자 밀도의 관계를 나타내고, 도 10은 플라즈마 형성 전력과 전자 온도의 관계를 나타내고 있다. 이들의 그림으로부터, RLSA 플라즈마는, ICP와 비교하여 고전자 밀도, 저전자 온도인 것이 명확하게 나타내어진다. 이것에 기인하여 RLSA 플라즈마 쪽이 처리 가스를 이온화하기 쉬운 것으로 생각된다. 한편, 도 9, 10에 있어서는, 가스로서 N2 가스를 이용하고, 처리 용기내압력을 1.3Pa로 했다.9 shows the relationship between the plasma formation power and the electron density, and FIG. 10 shows the relationship between the plasma formation power and the electron temperature. From these figures, it is clearly shown that RLSA plasma has high electron density and low electron temperature compared with ICP. Due to this, it is thought that the RLSA plasma tends to ionize the processing gas. On the other hand, Fig. 9, 10 In, and my use of N 2 gas as a gas, the pressure in the processing container to 1.3Pa.

다음으로, 강도비 N2 +/N2의 범위를 0.6 이상으로 규정한 근거가 된 실험결과에 대하여 설명한다. 여기서는, 도 1에 나타내는 구조의 RLSA 플라즈마 에칭장치를 이용하여, 처리 가스로서 Cl2 가스, O2 가스, N2 가스를 이용했다. 또한, 처리 용기내 압력을 1.3Pa, 서셉터의 온도를 60℃로 했다. 그리고, 여러가지의 가스 조성비 및 마이크로파 발생기의 전력에 있어서, 도 4에 나타내는 구조의 반도체 웨이퍼의 텅스텐막의 에칭을 행했다. 에칭 종료후, 베이스의 폴리실리콘막에 대한 텅스텐막의 에칭 선택비와, 디포지션에 의한 에칭 형상에의 영향을 조사했다.Next explained is the intensity ratio N + 2 is the basis for defining a range of more than 0.6 / N 2 results. Here, Cl 2 is used as the processing gas by using the RLSA plasma etching apparatus having the structure shown in FIG. 1. Gas, O 2 Gas, N 2 Gas was used. In addition, the pressure in the processing vessel was 1.3 Pa, and the temperature of the susceptor was 60 ° C. And the tungsten film of the semiconductor wafer of the structure shown in FIG. 4 was etched in various gas composition ratios and the power of a microwave generator. After the completion of the etching, the etching selectivity of the tungsten film relative to the base polysilicon film and the influence on the etching shape by deposition were examined.

도 11은, 가로축에 N2/Cl2를 들고, 세로축에 O2/Cl2를 들어 에칭 형상성(CD 변화) 및 에칭 선택비를 파악한 결과에 대하여 나타낸다. 도 11에서, 마이크로파 발생장치(39)의 전력이, (a) 1500W, (b) 2000W, (c) 2500W인 경우를 각각 나타낸다. 어느 것이나, 상단이 CD 변화(도 6에 있어서의 반응 생성물(107)의 퇴적 두께(nm)), 하단이 선택비를 나타내고 있다. 한편, 하단에는, 디포지션에 의한 CD 변화가 5nm 미만이고, 또한 선택비가 1.5 이상인 영역을 해칭(hatching)으로 나타내고 있다.FIG. 11 shows the results of grasping N 2 / Cl 2 on the horizontal axis and O 2 / Cl 2 on the vertical axis to understand the etching formability (CD change) and the etching selectivity. In FIG. 11, the case where the electric power of the microwave generator 39 is (a) 1500W, (b) 2000W, and (c) 2500W is shown, respectively. In either case, the upper end shows the CD change (the deposition thickness (nm) of the reaction product 107 in FIG. 6), and the lower end shows the selectivity. On the other hand, in the lower part, a CD change due to deposition is less than 5 nm and a selectivity of 1.5 or more is indicated by hatching.

또한, 도 12는, 가로축에 N2/Cl2를 들고, 세로축에 O2/Cl2를 들어, 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 N2 +/N2의 강도비를 파악한 결과에 대하여 나타낸다. 도 12에 있어서, 마이크로파 발생장치(39)의 전력이, (a) 1500W, (b) 2000W, (c) 2500W인 경우를 각각 나타낸다. 한편, 여기서는, 모노크로미터(70)로서, 오션 옵틱스(Ocean Optics)사제 USB2000 Miniature Fiber Optics Spectrometer를 이용했다. 또한, 도 12에도, 도 11에 나타낸 디포지션에 의한 CD 변화가 5nm 미만이고, 또한 선택비가 1.5 이상인 영역을 해칭으로 나타내고 있다.12 shows the result of grasping the intensity ratio of N 2 + / N 2 from the plasma emission spectrum by holding N 2 / Cl 2 on the horizontal axis and O 2 / Cl 2 on the vertical axis. In FIG. 12, the case where the electric power of the microwave generator 39 is (a) 1500W, (b) 2000W, and (c) 2500W is shown, respectively. In addition, the monochromator 70 used the USB2000 Miniature Fiber Optics Spectrometer by Ocean Optics. In addition, in FIG. 12, the CD change by the deposition shown in FIG. 11 is less than 5 nm, and the area | region whose selection ratio is 1.5 or more is shown by hatching.

N2/Cl2의 값은, 바람직한 범위(200 내지 400%) 내에서, CD 변화와 선택비의 양 특성에 가장 불리하게 작용하는 200%로 했다. 또한, O2/Cl2의 값은, 양 특성에 있어서 트레이드 오프(trade off)의 관계에 있기 때문에, 바람직한 범위(10 내지 20%)의 중간인 15%로 했다. 그리고, 도 11, 12에 나타내는 결과로부터, 도 13에 나타내는 관계를 구했다.The value of N 2 / Cl 2 was set at 200% which most adversely affects both characteristics of CD change and selectivity within a preferable range (200 to 400%). The value of O 2 / Cl 2 is, since the relationship of tradeoff (trade off) in the both characteristics was used as an intermediate in 15% of the preferred range (10-20%). And the relationship shown in FIG. 13 was calculated | required from the result shown in FIGS. 11 and 12. FIG.

도 13은, 가로축에 마이크로파 전원(39)의 전력을 들고, 세로축에 (a) CD 변화, (b) 에칭 선택비, (c) N2 +/N2비를 들고 있다. 여기서, 선택비가 1.5 미만이면, 도 4에 있어서 베이스인 폴리실리콘막(103)의 표면이 황폐해져 버려 바람직하지 못하다. 또한, CD 변화에 관해서는, 도 6에 있어서의 텅스텐 함유막(104)의 선폭은 100nm이지만, 그의 5% 이하(즉, 5nm 이하)이면 실용상 문제는 없다.13 shows the power of the microwave power source 39 on the horizontal axis and (a) CD change, (b) etching selectivity, and (c) N 2 + / N 2 ratio on the vertical axis. If the selectivity is less than 1.5, the surface of the polysilicon film 103 serving as the base in FIG. 4 is deteriorated, which is not preferable. Moreover, regarding the CD change, although the line width of the tungsten containing film 104 in FIG. 6 is 100 nm, if it is 5% or less (that is, 5 nm or less), there is no practical problem.

도 13(a),(b)로부터, 에칭 선택비와 형상성이 양호한 영역, 즉 선택비가 1.5 이상이고 CD 변화가 5% 이하인 영역은, 마이크로파 전력이 1700W 이상의 영역인 것을 알 수 있다. 또한, 도 13(c)로부터, 그 영역은 N2 +/N2 비가 약 0.6 이상인 영역인 것을 알 수 있다. 즉, N2 +/N2가 0.6 이상에서 에칭 선택성과 형상성을 양립시킬 수 있는 것이 확인되었다.13 (a) and 13 (b) show that the microwave power is 1700 W or more in the region where the etching selectivity and the shape are good, that is, the selectivity is 1.5 or more and the CD change is 5% or less. In addition, it can be seen from FIG. 13C that the region is a region having an N 2 + / N 2 ratio of about 0.6 or more. That is, it was confirmed that N 2 + / N 2 can achieve both etching selectivity and shape at 0.6 or more.

한편, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 일없이, 여러가지의 변형이 가능하다.In addition, various modifications are possible for this invention, without being limited to the said embodiment.

예컨대, 상기 실시 형태에서는, 에칭 대상막으로서 텅스텐 함유막을 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상술한 바와 같이, 텅스텐 함유막도, 텅스텐막 단체이더라도 좋고, 텅스텐의 화합물의 막이더라도 좋고, 그들의 적층체이더라도 좋다.For example, in the said embodiment, although the case where the tungsten containing film was used as an etching target film was demonstrated as an example, it is not limited to this. As described above, the tungsten-containing film may also be a single tungsten film, a film of a tungsten compound, or a laminate thereof.

또한, 폴리실리콘 상에 형성된 텅스텐 함유막의 에칭에 있어서, 염소함유 가스로서 Cl2 가스를 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대 BCl3 등의 다른 염소함유 가스를 사용할 수 있다.Further, in etching a tungsten-containing film formed on polysilicon, Cl 2 is used as the chlorine-containing gas. But using the gas, not limited to this, and for example may be used other chlorine-containing gas, such as BCl 3.

또한, 산소함유 가스로서는 O2 가스에 한정되지 않고, 또한 질소함유 가스로서는 N2 가스에 한정되지 않는다.The oxygen-containing gas is not limited to O 2 gas, and the nitrogen-containing gas is not limited to N 2 gas.

또한, 산소함유 가스와 질소함유 가스를 별개로 이용하지 않고, 산소 및 질소를 동시에 포함하는 산질화가스를 사용할 수 있다. 이러한 산질화가스로서는, NO 가스, N2O 가스, NO2 가스 등을 이용할 수 있다.In addition, an oxynitride gas containing oxygen and nitrogen at the same time may be used without using an oxygen-containing gas and a nitrogen-containing gas separately. Examples of the oxidizing and nitriding gas may be used for NO gas, N 2 O gas, NO 2 gas, or the like.

또한, 본 발명의 적용대상은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 질소이온에 의한 질화·환원 작용으로 반응 생성물의 산화가 억제되어, 저온에 있어서 에칭 형상성과 베이스에 대한 높은 선택비를 동시에 달성할 가능성이 있는 다른 재료에도 적용가능하다. 여기서는, 텅스텐 함유막 대신에, 예컨대 탄탈럼 함유막, 타이타늄 함유막을 들 수 있다.In addition, the application object of this invention is not limited to the said embodiment, The oxidation of reaction product is suppressed by nitriding and reduction effect | action by nitrogen ion, and the possibility of achieving etch shape and a high selectivity with respect to a base simultaneously at low temperature is attained. Applicable to other materials with this. Here, a tantalum containing film and a titanium containing film are mentioned instead of a tungsten containing film.

또한, 플라즈마로서 RLSA 플라즈마를 이용한 마이크로파 플라즈마의 예를 나타내었지만, 안테나로서는 RLSA 이외의 다른 평면 안테나를 이용한 것이더라도 좋다. 또한, 평면 안테나를 이용하지 않은 마이크로파 플라즈마를 이용하는 것이더라도 좋다. 또한, N2 +/N2가 0.6 이상을 실현할 수 있는 것이면, 마이크로파를 이용한 것에 한정되는 것도 아니다. 단, RLSA 플라즈마는 비교적 용이하게 N2 +/N2가 0.6 이상을 실현할 수 있기 때문에 바람직하다.In addition, although the example of the microwave plasma which used RLSA plasma as a plasma was shown, you may use the plane antenna other than RLSA as an antenna. It is also possible to use microwave plasma without using a planar antenna. Further, the N 2 + / N 2 as long as it can realize more than 0.6, nor is it limited to using microwaves. However, RLSA plasma is preferable because N 2 + / N 2 can realize 0.6 or more easily.

더욱이 또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리체를 구성하는 기판으로서 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 액정표시장치(LCD)로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 유리 기판 등, 다른 기판에도 적용가능하다.Furthermore, although the semiconductor wafer was illustrated as a board | substrate which comprises a to-be-processed object in the said embodiment, it is not limited to this, Other board | substrates, such as the glass substrate for flat panel displays (FPD) represented by liquid crystal display device (LCD), Applicable to

Claims (16)

기판과, 이 기판 상에 형성된 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 방법으로서,As a method of performing an etching process using plasma of a processing gas, on a target object having a substrate, a base film formed on the substrate, and an etching target film formed on the base film, 상기 처리 가스로서, 주에칭 가스와, 질소함유 가스를 이용하고, As the processing gas, using a main etching gas and a nitrogen-containing gas, 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행하며,Of the intensity of the N + 2 obtained from the emission spectrum of the plasma and the strength of the non-N 2 + N 2 / N 2 to do the etching under the condition that is at least 0.6, 상기 플라즈마는 래디얼 라인 슬롯 안테나로부터 방사된 마이크로파를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 에칭방법.The plasma is generated using microwaves radiated from a radial line slot antenna. 기판과, 이 기판 상에 형성된 실리콘 함유막으로 이루어지는 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 텅스텐 함유막으로 이루어지는 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 방법으로서,A method of performing an etching process using plasma of a processing gas to a target object having a substrate, a base film made of a silicon-containing film formed on the substrate, and an etching target film made of a tungsten-containing film formed on the base film, 상기 처리 가스로서, 염소함유 가스, 산소함유 가스, 및 질소함유 가스를 이용하고, As the processing gas, chlorine-containing gas, oxygen-containing gas, and nitrogen-containing gas are used, 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되도록 하는 조건에서 에칭을 행하며,Of the intensity of the N + 2 obtained from the emission spectrum of the plasma and the strength of the non-N 2 + N 2 / N 2 to do the etching under the condition that is at least 0.6, 상기 플라즈마는 래디얼 라인 슬롯 안테나로부터 방사된 마이크로파를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 에칭방법.The plasma is generated using microwaves radiated from a radial line slot antenna. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 염소함유 가스는 Cl2 가스이며, 상기 산소함유 가스는 02 가스이며, 상기 질소함유 가스는 N2 가스인 것을 특징으로 하는 에칭방법.The chlorine-containing gas is Cl 2 Gas, the oxygen-containing gas is 0 2 gas, and the nitrogen-containing gas is N 2 gas. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 실리콘 함유막은 폴리실리콘막이며, 상기 텅스텐 함유막은, 텅스텐막, 또는 텅스텐나이트라이드막과 텅스텐막의 적층체인 것을 특징으로 하는 에칭방법.The silicon-containing film is a polysilicon film, and the tungsten-containing film is a tungsten film or a laminate of tungsten nitride films and tungsten films. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 처리 용기내에 공급되는 상기 처리 가스를, 래디얼 라인 슬롯 안테나로부터 방사된 전력 2000W 이상의 마이크로파를 이용하여 플라즈마화하는 동시에, 상기 처리 용기내에 공급되는 상기 처리 가스에 있어서, 상기 Cl2 가스에 대한 상기 N2 가스의 유량의 비율이 200% 이상인 것을 특징으로 하는 에칭방법.In the processing gas supplied into the processing container, the processing gas supplied into the processing container is plasma-formed by using a microwave having a power of 2000 W or more radiated from the radial line slot antenna, and the Cl 2 Etching characterized in that the flow rate of the N 2 gas to the gas not less than 200%. 기판과, 이 기판 상에 형성된 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 장치로서,An apparatus for performing an etching process using plasma of a processing gas to a target object having a substrate, a base film formed on the substrate, and an etching target film formed on the base film, 상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,A processing container accommodating the object to be processed; 상기 처리 가스로서의 주에칭 가스 및 질소함유 가스를, 각각 유량 조정하면서 상기 처리 용기내에 공급하는 가스 공급 시스템과,A gas supply system for supplying the main etching gas and the nitrogen-containing gas as the processing gas into the processing container while adjusting the flow rate respectively; 상기 처리 용기내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 시스템과,A plasma generation system for generating plasma in said processing vessel; 상기 처리 용기내에 생성된 상기 처리 가스의 플라즈마의 발광스펙트럼을 검출하는 발광스펙트럼 검출 시스템과,A light emission spectrum detection system for detecting a light emission spectrum of plasma of the process gas generated in the process container; 상기 검출 시스템에서 검출된 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되는 플라즈마 생성 조건이 얻어지도록, 상기 가스 공급 시스템 및 상기 플라즈마 생성 시스템을 제어하는 제어기를 구비하며, The gas supply system and the gas so that a plasma generation condition is obtained such that a ratio N 2 + / N 2 of the intensity of N 2 + to the intensity of N 2 obtained from the emission spectrum of the plasma detected in the detection system is 0.6 or more; A controller for controlling the plasma generation system, 상기 플라즈마 생성 시스템은, 상기 처리 용기내에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기, 및 상기 마이크로파 발생기에 의해 발생한 마이크로파를 방사하여 상기 처리 용기내에 도입하는 래디얼 라인 슬롯 안테나를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 에칭장치.The plasma generation system further comprises a microwave generator for supplying microwaves into the processing vessel, and a radial line slot antenna for radiating microwaves generated by the microwave generator and introducing the microwaves into the processing vessel. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 발광스펙트럼 검출 시스템은, 플라즈마광을 분광하는 모노크로미터와, 상기 모노크로미터에 의해 수득된 분광광을 계측하는 계측기를 갖는 것을 특징으로 하는 에칭장치.The luminescence spectrum detection system includes a monochromator for spectroscopy of plasma light and a measuring instrument for measuring the spectroscopic light obtained by the monochromator. 기판과, 이 기판 상에 형성된 실리콘 함유막으로 이루어지는 베이스막과, 이 베이스막 상에 형성된 텅스텐 함유막으로 이루어지는 에칭 대상막을 갖는 피처리체에 대하여, 처리 가스의 플라즈마를 이용한 에칭처리를 행하는 장치로서,An apparatus for performing an etching process using a plasma of a processing gas to a target object having a substrate, a base film made of a silicon-containing film formed on the substrate, and an etching target film made of a tungsten-containing film formed on the base film. 상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,A processing container accommodating the object to be processed; 상기 처리 가스로서의 염소함유 가스, 산소함유 가스, 및 질소함유 가스를 각각 유량 조정하면서 상기 처리 용기내에 공급하는 가스 공급 시스템과,A gas supply system for supplying the chlorine-containing gas, the oxygen-containing gas, and the nitrogen-containing gas as the processing gas into the processing container while adjusting the flow rate respectively; 상기 처리 용기내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 시스템과,A plasma generation system for generating plasma in said processing vessel; 상기 처리 용기내에 생성된 상기 처리 가스의 플라즈마의 발광스펙트럼을 검출하는 발광스펙트럼 검출 시스템과,A light emission spectrum detection system for detecting a light emission spectrum of plasma of the process gas generated in the process container; 상기 검출 시스템에서 검출된 상기 플라즈마의 발광스펙트럼으로부터 구해지는 N2 +의 강도와 N2의 강도의 비 N2 +/N2가 0.6 이상이 되는 플라즈마 생성 조건이 얻어지도록, 상기 가스 공급 시스템 및 상기 플라즈마 생성 시스템을 제어하는 제어기를 구비하며, The gas supply system and the gas so that a plasma generation condition is obtained such that a ratio N 2 + / N 2 of the intensity of N 2 + to the intensity of N 2 obtained from the emission spectrum of the plasma detected in the detection system is 0.6 or more; A controller for controlling the plasma generation system, 상기 플라즈마 생성 시스템은, 상기 처리 용기내에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 발생기, 및 상기 마이크로파 발생기에 의해 발생한 마이크로파를 방사하여 상기 처리 용기내에 도입하는 래디얼 라인 슬롯 안테나를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 에칭장치.The plasma generation system further comprises a microwave generator for supplying microwaves into the processing vessel, and a radial line slot antenna for radiating microwaves generated by the microwave generator and introducing the microwaves into the processing vessel. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 발광스펙트럼 검출 시스템은, 플라즈마광을 분광하는 모노크로미터와, 상기 모노크로미터에 의해 수득된 분광광을 계측하는 계측기를 갖는 것을 특징으로 하는 에칭장치.The luminescence spectrum detection system includes a monochromator for spectroscopy of plasma light and a measuring instrument for measuring the spectroscopic light obtained by the monochromator. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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